import java.util.ArrayDeque;
import java.util.Arrays;
import java.util.Deque;
public class TestSort {


    /**
     * 直接插入排序
     * 时间复杂度 : O(N2)
     * 空间复杂度 : O(1)
     * 稳定性 : 稳定
     */
    public static void insetSort(int[] arr) {
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            int j = i - 1;
            int tmp = arr[i];
            while (j >= 0) {
                if (arr[j] > tmp) {
                    arr[j + 1] = arr[j];
                    j--;
                } else {
                    break;
                }
            }
            arr[j + 1] = tmp;
        }
    }

    public static void insetSortClass(int[] arr) {
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            int j = i - 1;
            int tmp = arr[i];
            for (; j >= 0; j--) {
                if (arr[j] > tmp) {
                    arr[j + 1] = arr[j];

                } else {
                    break;
                }
            }
            arr[j + 1] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 希尔排序
     * 时间复杂度 : O(n^1.3)  - O(n^1.5)
     * 空间复杂度 : O(1)
     * 稳定性 : 不稳定
     */
    public static void shellSort(int[] array) {

        int gap = array.length;
        while (gap > 1) {
            gap = gap / 3 + 1;
            insetSortByShell(array, gap);
        }
    }

    public static void insetSortByShell(int[] array, int gap) {
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            int j = i - gap;
            int tmp = array[i];
            for (; j >= 0; j -= gap) {
                if (array[j] > tmp) {
                    array[j + gap] = array[j];
                } else {

                    break;
                }
            }
            array[j + gap] = tmp;
        }
    }

    /**
     * 选择排序
     * 时间复杂度 : O(N^2)
     * 空间复杂度 : O(1)
     * 稳定性 : 不稳定
     */
    public static void selectSort(int[] array) {

        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < array.length; j++) {
                if (array[j] < array[minIndex]) {
                    minIndex = j;//只更新索引 , 先不进行交换
                }
            }
            swap(array, i, minIndex);
        }
    }

    public static void swap(int[] array, int i, int j) {
        int tmp = array[i];
        array[i] = array[j];
        array[j] = tmp;
    }

    public static void selectSortPro(int[] array) {
        int left = 0;
        int right = array.length - 1;
        while (left < right) {
            int minIndex = left;
            int maxIndex = right;
            for (int i = left; i <= right; i++) {
                //要确保当前遍历的元素包含left,right下标的元素,
                // 避免出现最开始left存储最大值下标,
                //right存储最小值下标 ,而遍历时 ,不能遍历到
                if (array[i] < array[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if (array[i] > array[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(array, minIndex, left);
            if (maxIndex == left) {
                maxIndex = minIndex;//更新索引
            }
            swap(array, right, maxIndex);
            left++;
            right--;
        }
    }

    /**
     * 堆排序(大根堆 向下调整)
     * 时间复杂度 :O(N*logN)
     * 空间复杂度 :O(1)
     * 稳定性 :不稳定
     */
    public static void heapSort(int[] array) {
        creatHeap(array);
        int end = array.length - 1;
        while (end > 0) {
            swap(array, 0, end);
            siftDown(array, 0, end);
            end--;
        }
    }

    public static void creatHeap(int[] array) {
        for (int parent = (array.length - 1 - 1) / 2; parent >= 0; parent--) {
            siftDown(array, parent, array.length);
        }
    }

    public static void siftDown(int[] array, int parent, int len) {
        int child = parent * 2 + 1;
        while (child < len) {
            if (child + 1 < len && array[child] < array[child + 1]) {
                child++;
            }
            if (array[parent] < array[child]) {
                swap(array, parent, child);
                parent = child;
                child = parent * 2 + 1;
            } else {
                break;//父节点已经大于等于子节点 , 退出循环
            }
        }
    }

    /**
     * 冒泡排序
     * 时间复杂度 :O(N^2)
     * 空间复杂度 :O(1)
     * 稳定性 :稳定
     */
    public static void bubbleSort(int[] array) {
        for (int i = 0; i < array.length - 1; i++) {
            boolean flag = true;
            for (int j = 0; j < array.length - 1 - i; j++) {
                if (array[j] > array[j + 1]) {
                    flag = false;
                    swap(array, j, j + 1);
                }
            }
            if (flag == true) {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 快速排序
     * 时间复杂度 :O(N*logN)
     * 空间复杂度 : O(logN)
     * 稳定性 :不稳定
     */
    public static void quickSort(int[] array) {//为了和前面的排序统一接口
        //quick(array, 0, array.length - 1);
        quickNor(array,0,array.length-1);
    }

    public static void quick(int[] array, int start, int end) {

        if (start >= end) {//①start==end时,表示这个区间只有这一个元素;
            //②start>end 时,表示这个区间是一个空的,没有继续递归的必要了
            //就是 基准值在区间的最右边时,再去递归时发现,start为pivot+1,end为end,此时start>end
            return;
        }
        int pivot = partition(array, start, end);//令第一个值为基准值 , 经过partitoin()方法 , 将基准值放到指定位置;
        //即 : 基准值的左边都小于基准值 , 基准值的右边都大于基准值
        quick(array, start, pivot - 1);//递归基准值的左边
        quick(array, pivot + 1, end);//递归基准值的右边
    }

    //前后指针法(了解)
    private static int partition2(int[] array, int left, int right) {
        int prev = left;
        int cur = left + 1;
        while (cur <= right) {
            if (array[cur] < array[left] && array[++prev] != array[cur]) {
                swap(array, cur, prev);
            }
            cur++;
        }
        swap(array, prev, left);
        return prev;
    }

    //hoare版
    private static int partitoinByHoare(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];//令这个区间上的第一个元素时基准值;下面操作是要将基准值复位
        int l = left;//不直接对形参作变化
        int r = right;
        while (l < r) {
            while (l < r && array[r] >= tmp) {//从后边找 比基准值小的;遇到比基准值大的就跳过
                r--;
            }
            while (l < r && array[l] <= tmp) {//从前面找 比基准值大的;遇到比基准值小的就跳过
                l++;
            }
            swap(array, l, r);//此时交换元素
        }
        swap(array, left, l);//此时:基准值左边的所有元素比基准值小,基准值右边的所有元素比基准值大
        return l;
    }

    //挖坑法
    private static int partition(int[] array, int left, int right) {
        int tmp = array[left];
        int l = left;//不直接对形参作变化
        int r = right;
        while (l < r) {
            while (l < r && array[r] >= tmp) {//从后边找 比基准值小的;遇到比基准值大的就跳过
                r--;
            }
            array[l] = array[r];
            while (l < r && array[l] <= tmp) {//从前面找 比基准值大的;遇到比基准值小的就跳过
                l++;
            }
            array[r] = array[l];
        }
        array[l] = tmp;
        return l;
    }

    /**
     * 快速排序整体优化
     */

    public static void quickSortNew(int[] array) {//为了和前面的排序统一接口
        //quickNew(array, 0, array.length - 1);

    }

    public static void quickNew(int[] array, int start, int end) {

        if (start >= end) {
            return;
        }
        int middle = getMiddle(array, start, end);
        swap(array, start, middle);
        int pivot = partition(array, start, end);
        quickNew(array, start, pivot - 1);//递归基准值的左边
        quickNew(array, pivot + 1, end);//递归基准值的右边
    }

    private static int getMiddle(int[] array, int left, int right) {
        int middle = (left + right) / 2;
        if (array[left] < array[right]) {
            if (array[middle] < array[left]) {
                return left;
            }
            if (array[right] < array[middle]) {
                return right;
            } else {
                return middle;
            }
        } else {//array[left]>=array[right];前提
            if (array[middle] > array[left]) {
                return left;
            }
            if (array[right] > array[middle]) {
                return right;
            } else {
                return middle;
            }

        }
    }

    /**
     * 快速排序非递归
     * @param array
     * @param start
     * @param end
     */
    public static void quickNor(int[] array,int start,int end) {
        Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<Integer>();
        int pivot = partition(array,start,end);
        if(pivot>start+1){
            stack.push(start);
            stack.push(pivot-1);
        }
        if(pivot<end-1){
            stack.push(pivot+1);
            stack.push(end);
        }
        while (!stack.isEmpty()){
            end = stack.pop();
            start = stack.pop();
            pivot = partition(array,start,end);
            if(pivot>start+1){
                stack.push(start);
                stack.push(pivot-1);
            }
            if(pivot<end-1){
                stack.push(pivot+1);
                stack.push(end);
            }
        }
    }
    /**
     * 归并排序
     * 时间复杂度 : O(N*logN)
     * 空间复杂度 : O(N)
     * 稳定性 : 稳定
     */

    public static void mergeSort(int[] array){
        mergeSortTmp(array,0,array.length-1);
    }

    private static void mergeSortTmp(int[] array, int left,int right) {
        if(left>=right){
            return;
        }
        int mid = (left+right)/2;
        mergeSortTmp(array,left,mid);
        mergeSortTmp(array,mid+1,right);
        //分解完成

        //合并
        merge(array,left,mid,right);
    }

    private static void merge(int[] array, int left, int mid, int right) {
        int[] tmp = new int[right-left+1];
        int s1 = left;
        int e1 = mid;
        int s2 = mid+1;
        int e2 = right;
        int k = 0;
        while (s1<=e1 && s2<=e2){
            if(array[s1]>=array[s2]){//放第一段的元素
                tmp[k++] = array[s2++];
            }else {
                tmp[k++] = array[s1++];
            }

        }
        while(s1<=e1){
            tmp[k++] = array[s1++];
        }
        while(s2<=e2){
            tmp[k++] = array[s2++];
        }
        for(int i = 0;i<k;i++){//拷贝数组
            array[i+left] = tmp[i];
        }
    }
    /**
     * 非递归实现 归并排序
     */
    public static void mergeSortNor(int[] array) {
        int gap = 1;
        while (gap < array.length) {
            for (int i = 0; i < array.length; i = i + gap * 2) {
                int left = i;
                int mid = left + gap - 1;
                if(mid >= array.length) {
                    mid = array.length-1;
                }
                int right = mid + gap;
                if(right >= array.length) {
                    right = array.length-1;
                }
                mergeN(array,left,mid,right);
            }
            gap *= 2;
        }
    }
    private static void mergeN(int[] array, int left, int mid, int right) {
        int[] tmp = new int[right-left+1];
        int s1 = left;
        int e1 = mid;
        int s2 = mid+1;
        int e2 = right;
        int k = 0;
        while (s1<=e1 && s2<=e2){
            if(array[s1]>=array[s2]){//放第一段的元素
                tmp[k++] = array[s2++];
            }else {
                tmp[k++] = array[s1++];
            }

        }
        while(s1<=e1){
            tmp[k++] = array[s1++];
        }
        while(s2<=e2){
            tmp[k++] = array[s2++];
        }
        for(int i = 0;i<k;i++){//拷贝数组
            array[i+left] = tmp[i];
        }
    }

    /**
     * 计数排序：
     * 时间复杂度：O(范围 + n )
     *       范围越大  越慢
     * 空间复杂度：O(范围)
     * 稳定性：
     * @param array
     */
    public static void countSort(int[] array) {
        //1. 找最大值 和 最小值 来确定 计数数组的大小
        int maxVal = array[0];
        int minVal = array[0];
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if(array[i] < minVal) {
                minVal = array[i];
            }
            if(array[i] > maxVal) {
                maxVal = array[i];
            }
        }
        int len = maxVal - minVal + 1;
        int[] count = new int[len];

        //2. 遍历原来的数组array把 每个元素 放到对应的计数数组当中 进行计数
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            int index = array[i];
            count[index-minVal]++;
        }
        //3.依次 遍历计数数组 O(范围)
        int index = 0;
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while (count[i] != 0) {
                array[index] = i+minVal;
                index++;
                count[i]--;
            }
        }
    }

}

